Supercomputador crea la mayor simulación del universo a la fecha

Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía han creado la mayor simulación astrofísica del universo jamás realizada.

Utilizaron lo que hasta hace poco era el supercomputador más potente del mundo para simular el universo a una escala sin precedentes.

El tamaño de la simulación corresponde a los estudios más grandes realizados por telescopios y observatorios potentes.

El supercomputador Frontier está ubicado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee.

Es el segundo supercomputador más rápido del mundo, solo detrás de El Capitán, que se adelantó en noviembre de 2024.

Frontier es el primer supercomputador de exaescala del mundo, aunque El Capitán se ha unido a las filas de la supercomputación de exaescala.

La nueva simulación Frontier rompe récords y ahora es la mayor simulación del universo jamás realizada.

Su computación de exaescala le permite simular un nivel de detalle que era inalcanzable antes de su implementación.

La exaescala es tan avanzada que es difícil explotar plenamente sus capacidades sin nuevos paradigmas de programación.

Frontier es un salto significativo en las simulaciones astrofísicas.

Cubre un volumen del Universo de 10 mil millones de años luz de diámetro.

Incorpora modelos físicos detallados para la materia oscura, la energía oscura, la dinámica de los gases, la formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros.

Debería proporcionar nuevos conocimientos sobre algunos de los procesos fundamentales del Universo, como la formación de las galaxias y la evolución de la estructura a gran escala del Universo.

“Hay dos componentes en el Universo: la materia oscura (que, hasta donde sabemos, solo interactúa gravitacionalmente) y la materia convencional, o materia atómica”, dijo el líder del proyecto Salman Habib, director de la división de Ciencias Computacionales en Argonne.

“Por lo tanto, si queremos saber qué está haciendo el Universo, necesitamos simular ambas cosas: la gravedad, así como el resto de la física, incluido el gas caliente y la formación de estrellas, agujeros negros y galaxias”, dijo.

“El ‘fregadero de cocina’ astrofísico, por así decirlo. Estas simulaciones son lo que llamamos simulaciones de hidrodinámica cosmológica”.

Las simulaciones de hidrodinámica cosmológica combinan la cosmología con la hidrodinámica y permiten a los astrónomos examinar las complejas interrelaciones entre la gravedad y cosas como la dinámica de los gases y los procesos estelares que han dado forma y continúan dando forma a nuestro Universo.

Solo se pueden realizar con supercomputadoras debido al nivel de complejidad y la gran cantidad de ecuaciones numéricas y cálculos involucrados.

La gran cantidad de energía que necesita Frontier para realizar estas simulaciones es asombrosa.

Consume alrededor de 21 MW de electricidad, suficiente para abastecer a unas 15.000 casas unifamiliares en los EE. UU. Pero la recompensa es igualmente impresionante.

“Por ejemplo, si tuviéramos que simular una gran parte del universo examinada por uno de los grandes telescopios como el Observatorio Rubin en Chile, estamos hablando de observar enormes porciones de tiempo: miles de millones de años de expansión”, dijo Habib.

“Hasta hace poco, ni siquiera podíamos imaginarnos hacer una simulación tan grande como esa, excepto en la aproximación basada únicamente en la gravedad”.

“No se trata solo del tamaño del dominio físico, que es necesario para hacer una comparación directa con las observaciones de sondeo modernas que permiten la computación a exaescala”, dijo Bronson Messer, director de ciencia de Oak Ridge Leadership Computing Facility.

“También es el realismo físico adicional de incluir los bariones y toda la otra física dinámica lo que hace que esta simulación sea un verdadero tour de force para Frontier”.

Frontier simula más que solo el Universo.

En junio, los investigadores que trabajan con él lograron otro hito.

Simularon un sistema de 466 mil millones de átomos en una simulación de agua.

Ese fue el sistema más grande jamás modelado y más de 400 veces más grande que su competencia más cercana.

Dado que el agua es un componente principal de las células, Frontier está allanando el camino para una futura simulación de una célula viva.

Frontier promete hacer avances también en muchas otras áreas, incluida la fisión y fusión nuclear y los sistemas de transmisión de energía a gran escala.

También se ha utilizado para generar una simulación de dinámica molecular cuántica que es 1.000 veces mayor en tamaño y velocidad que cualquiera de sus predecesores.

También tiene aplicaciones en la modelización de enfermedades, el desarrollo de nuevos medicamentos, mejores baterías, mejores materiales, incluido el concreton, y la predicción y mitigación del cambio climático.

Las simulaciones astrofísicas/cosmológicas como la de Frontier son poderosas cuando se combinan con observaciones.

Los científicos pueden usar simulaciones para probar modelos teóricos en comparación con datos observacionales.

Cambiar las condiciones y parámetros iniciales en las simulaciones permite a los investigadores ver cómo diferentes factores dan forma a los resultados.

Es un proceso iterativo que permite a los científicos actualizar sus modelos identificando discrepancias entre las observaciones y las simulaciones.

La enorme simulación de Frontier es solo un ejemplo de cómo las supercomputadoras y la IA están asumiendo un papel más importante en la astronomía y la astrofísica.

La astronomía moderna genera cantidades masivas de datos y requiere herramientas poderosas para gestionarlos.

Nuestras teorías de la cosmología se basan en conjuntos de datos cada vez más grandes que requieren una enorme potencia de procesamiento para simularlos.

Frontier ya ha sido reemplazada por El Capitán, otra supercomputadora a exaescala en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

Sin embargo, El Capitán se centra en la gestión del arsenal nuclear del país según el LLNL.

Fuente: Oak Ridge